Números cuánticos

Números cuánticos

Los números cuánticos actúan como un DNI para los orbitales y los electrones. Cada orbital en un átomo posee un conjunto único de números cuánticos, al igual que cada electrón. Esta combinación específica de números nos permite identificar, sin ningún error, un electrón u orbital particular

Vamos a definir cuatro números cuánticos y ver qué normas seguir para cada uno. Los tres primeros (n, l, ml), están asociados al orbital y lo definen. El cuarto (ms), nos indica el espín del electrón que ocupa ese orbital:

Número cuántico principal (n) 

Indica el nivel de energía principal del electrón. 

Toma números enteros positivos: 1, 2, 3, 4… 

Cuanto mayor sea el número “n”, mayor será el nivel de energía y más alejados estarán los electrones del núcleo. 

Número cuántico secundario u orbital (l)

Define la forma del orbital. 

Toma números enteros desde 0 hasta n-1. 

Por ejemplo:

Si n=1 l=0

Si n=2 l=0, l=1

Si n=3 l=1, l=1, l=2

Cada valor está asociado a un tipo de orbital:

Número cuántico magnético (ml)

Describe la orientación espacial del orbital. 

Puede tomar valores enteros desde -l hasta l, incluyendo el 0. 

Por ejemplo:

Si l=0 ml=0

Si l=1 l= -1, 0, 1

Si l=2 l= -2, -1, 0, 1, 2

El concepto de orientación espacial del orbital es confuso. Veámoslo con un par de ejemplos:

Sabemos que los orbitales de tipo s (l=0) tienen una geometría esférica:

Si l= 0, ml solo puede valer 0. Ese único valor, representa la única geometría de este tipo de orbitales

Los orbitales p (l=1) son orbitales lobulares en tres orientaciones espaciales:

Si l= 1, ml puede valer -1, 0 y 1. Cada uno de estos valores se corresponde con una de las tres orientaciones. 

Y esto ocurre con el resto de orbitales. 

En los orbitales d (l=2), ml puede valer -2, -1, 0, 1 y 2. De nuevo, cada valor se corresponde con una de las 5 orientaciones de los orbitales de tipo d. 

Número cuántico de spin (ms)

Indica las dos posibles orientaciones que puede tomar el campo magnético creado por un electrón al girar sobre sí mismo. 

Solo puede tomar como valores ½ y – ½ .

Ejercicios resueltos

1. Indica cuáles de las siguientes combinaciones de números cuánticos son posibles y cuáles no:

a) (2, 2, 0, ½)

b) (2, 1, -2, - ½)

c) (3, 2, 0, 0)

d) (4, 3, -1, ½)

2. ¿Cuántos orientales caben, como máximo, en la capa electrónica n=2? ¿Y cuántos electrones?

3. Determina los cuatro números cuánticos (n, l, ml, ms) para el orbital que contiene el último electrón del átomo de Vanadio (V), cuyo número atómico es Z=23.

4. Determina el número máximo de electrones que pueden tener los siguientes números cuánticos en un átomo:

5. Indica si las siguientes afirmaciones son verdaderas o falsas, justificando tu respuesta: